五种常见的电源噪声

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在电源中噪声是不可避免的一个问题,噪声重要与否,取决于它对目标电路工作的影响程度。例如在电源的中5MHz时具有显著的输出电压纹波,如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽,如温度传感器等,则该纹波可能不会产生任何影响。但是,如果该电源为RF锁相环(PLL)供电,结果可能大不相同。

噪声源都可以分为两大类:内部噪声和外部噪声。内部噪声好比是您头脑中的噪声,外部噪声则好比是来自外面不和谐的噪声,如飞机引擎声。各种噪声都有自己的特性,但影响比较大的主要有以下几种,热噪声、1/f噪声、散粒噪声、爆裂或爆米花噪声。

学过物理的知道,电流会生热,在绝对零度以上的任何温度,生热则会使导体或半导体中的载流子(电子和空穴)会发生扰动,这就是热噪声(亦称约翰逊噪声或白噪声)的来源。热噪声功率与温度成比例。它具有随机性,因而不随频率而变化。这个会使器件的一些电压电流偏移,一般称之为温度漂移。这个也有一个计算公式来表示。与温度电阻、带宽相关。

1/f 噪声来源于半导体的表面缺陷,声功率与器件的偏置电流成正比,并且与频率成反比,这一点与热噪声不同。即使频率非常低,该反比特性也成立,然而,当频率高于数kHz时,关系曲线几乎是平坦的。1/f 噪声也称为粉红噪声,因为其权重在频谱的低端相对较高

1/f 噪声主要取决于器件几何形状、器件类型和半导体材料,因此,要创建其数学模型极其困难,通常使用各种情况的经验测试来表征和预测1/f噪声。

一般而言,具有埋入结的器件,如双极性晶体管和JFET等,其1/f 噪声往往低于MOSFET等表面器件。

散粒噪声发生在有势垒的地方,例如PN结中。半导体器件中的电流具有量子特性,电流不是连续的。当电荷载子、空穴和电子跨过势垒时,就会产生散粒噪声。像热噪声一样,散粒噪声也是随机的,不随频率而变化。

低频噪声,爆米花噪声是一种低频噪声,似乎与离子污染有关。爆米花噪声表现为电路的偏置电流或输出电压突然发生偏移,这种偏移持续的时间很短,然后偏置电流或输出电压又突然返回其原始状态。这种偏移是随机的,但似乎与偏置电流成正比,与频率的平方成反比(1/f2)。

爆裂噪声,几乎已被消除

爆裂噪声和爆米花噪声相同,也是一种低频噪声,似乎与离子污染有关。但由于现代半导体工艺技术的洁净度非常高,爆裂噪声几乎已经被消除,不再是器件噪声的一个主要因素。

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上图显示了一个典型器件的噪声如何随频率而变化,以及各类噪声对总噪声的贡献。从1/f区到热区的跃迁点称为转折频率。

 

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五种常见的电源噪声

在电源中噪声是不可避免的一个问题,噪声重要与否,取决于它对目标电路工作的影响程度。例如在电源的中5MHz时具有显著的输出电压纹波,如果它为之供电的电路仅有几Hz的带宽,如温度传感器等,则该纹波可能不会产生任何影响。但是,如果该电源为RF锁相环(PLL)供电,结果可能大不相同。